橋梁設(shè)計中的安全性和耐久性問題分析

任天宏 濟(jì)寧市鴻翔公路勘察設(shè)計研究院有限公司

隨著社會與經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通運輸設(shè)施的建造成為我國重要的發(fā)展方向，橋梁工程作為其重要的組成部分，對交通運輸?shù)馁|(zhì)量有直接影響。因此，設(shè)計人員應(yīng)重視橋梁設(shè)計工作，針對設(shè)計中存在的耐久性、安全性問題，基于準(zhǔn)確的分析結(jié)果，結(jié)合設(shè)計與建設(shè)質(zhì)量的相關(guān)要求，提出可提升安全性、耐久性能的必要措施，以延長路面的使用壽命，保證橋梁運行的安全性。

一、橋梁設(shè)計安全性和耐久性的基本要求

在橋梁及公路設(shè)計的過程中，項目施工環(huán)節(jié)受地形及其他環(huán)境影響，無法保證設(shè)計的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確應(yīng)用于實際地形中。為提升橋梁設(shè)計的精準(zhǔn)度，應(yīng)充分考量設(shè)計環(huán)節(jié)中涉及的材料及結(jié)構(gòu)方面的問題，制定科學(xué)合理的方案，提升公路橋梁的安全性和耐久性。在橋梁建設(shè)過程中應(yīng)考慮跨度連續(xù)梁結(jié)構(gòu)及城市分布等方面，保障整體設(shè)計圖紙的作用效果，考量周邊居民或其他生活環(huán)境對橋梁建設(shè)的影響。在設(shè)計橋梁的過程中，須做好地基處理工作，地基采取的方案應(yīng)準(zhǔn)確配合實際地形結(jié)構(gòu)，確定使用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的方式，選擇節(jié)省人力、物力資源的施工具體方案，保證基本結(jié)構(gòu)建設(shè)的完整性、可利用程度對應(yīng)后續(xù)工程的建設(shè)，保證附屬設(shè)施鋪設(shè)安裝的具體效用。由于施工過程部分工作需要在野外完成，外界環(huán)境具有不可控的特點，要求施工作人員選用先進(jìn)的技術(shù)，在保證自身防護(hù)工作的完備性的基礎(chǔ)上，有效應(yīng)對惡劣環(huán)境帶來的不利影響，同時配合使用便于運輸?shù)脑O(shè)備，提升橋梁建設(shè)的質(zhì)量和設(shè)計的科學(xué)性。

二、提高橋梁設(shè)計安全性與耐久性的措施

（一）抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

在橋梁抗震設(shè)計中，可通過創(chuàng)建有限元模型檢查地震模型橫截面最薄弱的部分。在應(yīng)用過程中，利用SAP2000有限元分析軟件構(gòu)建幾何模型，輸入橋梁材料屬性、截面屬性、單元屬性、工程進(jìn)程及反應(yīng)譜等，通過動力特性分析、時程分析、反應(yīng)譜分析的計算模式，輸出該橋梁設(shè)計中的地震響應(yīng)、滯回曲線等。按照地震要求進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)計算，以此對其他部分進(jìn)行抗震分析，保證其符合抗震要求。

（二）抗疲勞損傷設(shè)計

橋梁施工后需要吸收的動態(tài)負(fù)載量過大，不可避免地會產(chǎn)生疲勞損傷。當(dāng)前大部分橋梁工程選用混凝土、鋼材等材料，這些材料具有不規(guī)則連續(xù)性，易產(chǎn)生裂縫，項目如若未能及時處理檢測，則會影響其安全性。因此，本工程中要求設(shè)計人員對工程疲勞參數(shù)認(rèn)真進(jìn)行計算與驗證，多方位模擬混凝土的抗壓性、抗侵蝕性，以多角度試驗考察獲得的混凝土質(zhì)量比，通過沖擊試驗，確定常溫下鋼材存在脆性，所以，為保證橋梁安全，選擇低系數(shù)、低韌性材料，為結(jié)構(gòu)安全性提供支撐。

（三）提高載荷能力

在橋梁工程中，荷載能力對其耐久性、安全性具有較大影響。市政道路普遍存在超載情況，外部壓力過大，超過路橋承載力，則會引發(fā)質(zhì)量問題，進(jìn)而導(dǎo)致耐久性與安全性降低。因此，在該工程設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)提高橋梁承載力，在了解工程通行量的基礎(chǔ)上，通過限重、限高方式應(yīng)對超載情況，以免造成橋面損傷。并且設(shè)置專用公交車道，分散路面壓力。

（四）增加混凝土保護(hù)層

保護(hù)層作為保護(hù)混凝土與鋼筋之間黏結(jié)強(qiáng)度的屏障，同樣可保護(hù)鋼筋免受腐蝕，避免有害介質(zhì)入侵至內(nèi)部。經(jīng)研究可知，擴(kuò)散氯離子至鋼筋表面時間與保護(hù)層厚度成正比，擴(kuò)散二氧化碳速度也與保護(hù)層厚度有密切聯(lián)系。通常，保護(hù)層越厚，則鋼鐵表面免侵蝕時間越長，可降低鋼筋腐蝕率，提高耐久性。因此，工程中可適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度，以提高其結(jié)構(gòu)耐久性。本工程在材料選擇中，應(yīng)用高性能混凝土，且在路面上采取環(huán)氧瀝青混凝土，以增強(qiáng)其密實度與耐磨性。

（五）結(jié)構(gòu)與構(gòu)件選型

選用箱型截面，以提高整體結(jié)構(gòu)剛度，減少疲勞振動。選用全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，在主橋結(jié)構(gòu)的水平及垂直構(gòu)件上添加預(yù)應(yīng)力，以避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫。在設(shè)計構(gòu)件斷面中，選擇恰當(dāng)?shù)匿摻铋g距，以適應(yīng)混凝土骨料粒度、強(qiáng)度及密度分布，棱角外觀斷面也應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)混凝土密度強(qiáng)度。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)置抗剪切、防滲透與拉伸的防水層，瀝青混凝土與防水涂層兩者之間的附著力需大于鋼筋混凝土與瀝青混凝土路面之間的附著力。伸縮縫作為橋面設(shè)計的重要部分，對橋梁靈活性具有直接影響，工程中選用橫向且兩端有翹頭的伸縮縫，整體結(jié)構(gòu)構(gòu)成閉合良好的U形槽，以避免橋梁伸縮縫排水泄露至墩蓋梁上。并且，在鋪裝橋面頂面時，特別是連續(xù)梁負(fù)彎矩截面，需做好防水層設(shè)置，以免梁內(nèi)滲水，設(shè)計排水需在伸縮縫環(huán)節(jié)加強(qiáng)。

（六）優(yōu)化施工工藝

在攤鋪施工前，應(yīng)當(dāng)做好系統(tǒng)全面檢查，內(nèi)容涉及攤鋪機(jī)械與路面基層，在使用攤鋪機(jī)械前應(yīng)做好預(yù)熱處理，設(shè)定時間超過1 h，實際溫度超過100℃。此過程中，重點在于檢查攤鋪機(jī)械，保證振搗裝置始終處于有效工作狀態(tài)，保證路面達(dá)到設(shè)計平整度、高度及密實度，在攤鋪路面中應(yīng)選用改性粉質(zhì)黏土，且保證其具有可攤鋪性，以免產(chǎn)生整車料或大面積麻面問題。當(dāng)做好攤鋪檢查后，即可展開攤鋪作業(yè)，現(xiàn)場安排1~2人負(fù)責(zé)檢查，防范施工人員、車輛及其他機(jī)械碰撞鋼絲或支撐桿，開始攤鋪施工時，需檢查混合料溫度確保其超過150℃，以提高施工質(zhì)量。

三、結(jié)語

綜上所述，為滿足時代發(fā)展，我國道橋梁梁建設(shè)規(guī)模及數(shù)量不斷增加，促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善了城市交通。但是，道路橋梁在建設(shè)中也存在一定的風(fēng)險，在設(shè)計中應(yīng)結(jié)合實際情況，從抗震性設(shè)計、抗疲勞損傷設(shè)計、提高載荷能力、增加混凝土保護(hù)層、結(jié)構(gòu)與材料選擇及優(yōu)化施工工藝這幾方面出發(fā)，提高橋梁工程安全性及耐久性，以提高工程質(zhì)量。